一種管式升膜海水淡化裝置及其工藝的制作方法

本發明屬于熱法海水淡化技術領域，具體涉及一種豎直管式升膜海水淡化裝置及其工藝。

背景技術：

現代社會對水資源的需求量越來越大，自然界的淡水資源已經無法滿足人類的生產、生活需求，因此，將海水進行處理得到可以適合人類需求的淡水的技術越來越受到重視。

目前，國內外應用熱法進行海水淡化的裝備主要有兩種：一種是多級閃蒸，一種是低溫多效蒸餾。無論是多級閃蒸還是低溫多效蒸餾都是采用的水平管作為換熱界面，傳熱溫差很小，傳熱過程比較溫和，因此傳熱管用量較大，另外考慮到二次蒸汽的完全汽液分離，設備內非布管空間較大，造成筒體的外表面比較大。因此這兩種工藝使用的金屬材料較多，初期投資大。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術提供一種低成本、高效、穩定的海水淡化裝置及其工藝，采用豎直設置的升膜蒸發裝置，有效降低設備需要的材料量，便于建造維護，節約項目初期投入和運行費用。

本發明解決上述問題所采用的技術方案為：

一種管式升膜海水淡化裝置，包括升膜蒸發器、汽液分離器和凝汽器。

所述升膜蒸發器包括筒體、熱源通道和傳熱管，所述熱源通道上設置有熱源入口和熱源出口；所述傳熱管設置有物料入口和物料出口；所述汽液分離器包括汽液入口、蒸汽出口和濃鹽水出口。

所述熱源入口連通熱源，所述熱源出口連接到蒸發器凝水管路。

所述物料出口與所述汽液入口連接，所述濃鹽水出口連接到汽液分離器凝水管路；所述蒸汽出口經過所述凝汽器后連接到成品水出口管路。

優選地，所述傳熱管為非水平設置。

優選地，所述傳熱管與水平面的夾角為45°～135°。

優選地，所述傳熱管為豎直設置。

優選地，所述筒體豎直設置。

優選地，所述筒體兩端分別設置有上封頭和下封頭，所述筒體、所述上封頭和所述下封頭上設置有對應的接管。

優選地，所述蒸發器凝水管路上設置有凝結水泵，所述汽液分離器凝水管路上設置有濃鹽水泵，所述成品水出口管路上設置有成品水泵。

優選地，所述升膜蒸發器采用蒸汽作為熱源。

優選地，所述傳熱管在所述筒體內直接由所述物料入口延伸設置到物料出口，不設循環管路，物料一次通過蒸發，無循環量。

一種管式升膜海水淡化裝置的海水淡化工藝，其特征在于：物料由所述物料入口進入所述升膜蒸發器內，流經所述換傳熱管吸收熱量后蒸發形成汽液混合物料從所述物料出口高速流出，并從所述汽液入口進入所述汽液分離器進行汽液分離，分離后的濃鹽水從所述濃鹽水出口流出，并流經所述汽液分離器凝水管路，由所述濃鹽水泵引出系統內部；所述汽液分離器中分離后的蒸汽從所述蒸汽出口流出，并進入所述凝汽器中進行冷凝形成成品水，經由所述成品水泵引出系統內部；蒸汽由所述蒸汽入口進入所述升膜蒸發器，流經所述熱源通道，釋放熱量后凝結成為凝結水從所述凝結水出口流出，由所述凝結水泵引出系統。

優選地，所述物料由底部進入所述升膜蒸發器的管程，蒸發后蒸汽混合物料從所述管程的頂部流出；所述物料一次通過蒸發，無循環量。

升膜蒸發器，又稱爬升膜蒸發器，它依據虹吸泵原理操作，根據在沸騰過程中產生的蒸汽氣泡的升力，液體和蒸汽并流向上流動；同時，產生的蒸汽量增加，從而，在管壁上產生流動的膜，即液體向上“爬”，并流向上運動有助于在液體中產生高度的湍流。降膜蒸發器，其基本原理是對流蒸發，不能產生氣泡。眾所周知，泡核沸騰的傳熱系數要遠遠高于對流蒸發，因而升膜蒸發器比降膜蒸發器的傳熱更加劇烈。

降膜蒸發器中，對流蒸發會在管壁上形成一層液膜，接觸管壁部分的液膜吸收熱量并傳遞到液膜的外壁，外壁形成蒸汽進行蒸發，這樣的結果就是降膜的管壁上有整個一層液體的膜。這層液膜要保證一定的厚度僅僅靠進料量是不夠的，而且，這層膜被蒸發而變成蒸汽的部分是少數的，大部分的液膜還是要流回到容器的底部，為了將液體全部蒸發就需要將這一部分液體重新引回降膜蒸發器的進料側，這個保證液體成膜的量減去新進物料的量就是循環量。升膜蒸發器中，液體在容器底部受熱后變為蒸汽向上爬升，不需要形成整體的液膜，不需要保證液膜的厚度，不同段的液膜是不同的相態，新進的物料量是多少就蒸發多少，所以沒有循環量。

與現有技術相比，本發明具有如下優點：

1、蒸發器內部非布管面積大幅減少，筒體用材更省；

2、傳熱管內部蒸汽速度高，傳熱劇烈，所用的管材更少；

3、物料無需循環量，有效降低裝置的電耗；

4、設備豎直設置，占地減幅明顯，輔助投資更省，設置更靈活。

附圖說明

圖1為本發明實施例中升膜海水淡化裝置的流程示意圖。

圖2為本發明實施例中升膜蒸發器的結構示意圖。

其中：1升膜蒸發器；2汽液分離器；3凝汽器；4凝結水泵；5濃鹽水泵；6成品水泵；10蒸發器凝水管路；11熱源入口；12物料出口；13上封頭；14筒體；15傳熱管；16熱源出口；17下封頭；18物料入口；21汽液入口；22蒸汽出口；23濃鹽水出口；24汽液分離器凝水管路；31成品水出口管路。

具體實施方式

為了使本發明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

如圖1、2所示一種管式升膜海水淡化裝置，包括升膜蒸發器1、汽液分離器2和凝汽器3。

所述升膜蒸發器1包括筒體14、熱源通道和傳熱管15，所述熱源通道上設置有熱源入口11和熱源出口16；所述傳熱管設置有物料入口18和物料出口12；所述汽液分離器2包括汽液入口21、蒸汽出口22和濃鹽水出口23。

所述熱源入口11連通熱源，所述熱源出口16連接到蒸發器凝水管路10。

所述物料出口12與所述汽液入口21連接，所述濃鹽水出口23連接到汽液分離器凝水管路24；所述蒸汽出口22經過所述凝汽器3后連接到成品水出口管路31。

在更加優選的實施例中，所述傳熱管為非水平設置。

在更加優選的實施例中，所述傳熱管與水平面的夾角為45°～135°。

在更加優選的實施例中，所述傳熱管15為豎直設置。

在更加優選的實施例中，所述筒體14為豎直設置。

在更加優選的實施例中，所述筒體14兩端分別設置有上封頭13和下封頭17，所述筒體14、所述上封頭13和所述下封頭17上設置有對應的接管。

在更加優選的實施例中，所述蒸發器凝水管路10上設置有凝結水泵4，所述汽液分離器凝水管路24上設置有濃鹽水泵5，所述成品水出口管路31上設置有成品水泵6。

在更加優選的實施例中，所述升膜蒸發器1采用蒸汽作為熱源。

在更加優選的實施例中，所述傳熱管15在所述筒體14內直接由物料入口18延伸設置到物料出口12，不設循環管路，物料一次通過蒸發，無循環量。

如圖1、2所示一種管式升膜海水淡化裝置的海水淡化工藝，其特征在于：物料由所述物料入口18進入所述升膜蒸發器1內，流經所述換傳熱管15吸收熱量后蒸發形成汽液混合物料從所述物料出口12高速流出，并從所述汽液入口21進入所述汽液分離器2進行汽液分離，分離后的濃鹽水從所述濃鹽水出口23流出，并流經所述汽液分離器凝水管路24，由所述濃鹽水泵5引出系統內部；所述汽液分離器2中分離后的蒸汽從所述蒸汽出口22流出，并進入所述凝汽器3中進行冷凝形成成品水，經由所述成品水泵6引出系統內部；蒸汽由所述蒸汽入口11進入所述升膜蒸發器1，流經所述熱源通道，釋放熱量后凝結成為凝結水從所述凝結水出口16流出，由所述凝結水泵4引出系統。

在更加優選的實施例中，所述物料由底部進入所述升膜蒸發器1的管程，蒸發后蒸汽混合物料從所述管程的頂部流出；所述物料一次通過蒸發，無循環量。

為了使本發明的技術方案和優點更加清晰，本實施采用蒸汽作為熱源實現海水的淡化。與傳統的熱法海水淡化設備相比較，減少了系統裝置的平面占地，投資成本降低了25％以上，能耗降低了20％以上，系統運行可控且更加穩定。

在某個具體的實施例中：

實施例中以海水作為物料水，以100℃飽和蒸汽作為熱源。以下將結合附圖對本發明作進一步的詳細描述。升膜海水淡化裝置包括升膜蒸發器1，升膜蒸發器1的物料出口12管路上設置汽液分離器2，升膜蒸發器1的熱源出口16管路上設置有凝結水泵4，物料海水經升壓后進入升膜蒸發器1的管程，吸收傳熱管15外壁蒸汽的熱量后進行蒸發，由下而上，水量逐漸變小，汽量逐漸變大，直到物料出口處形成高速的汽液混合物后進入汽液分離器2，汽液混合物在汽液分離器2中進行汽液分離，蒸汽由汽液分離器2頂部進入凝汽器3中進行冷凝形成成品水，并經由成品水泵6打出系統內部，剩余的濃鹽水由汽液分離器2的底部經由濃鹽水泵5打出系統內部。

具體地，升膜蒸發器1包括熱源入口11、物料出口12、上封頭13、筒體14、傳熱管15、熱源出口16、下封頭17和物料入口18。

100℃的飽和蒸汽流量為20t/h，進入升膜蒸發器1的熱源入口11，在傳熱管外冷凝后變為100℃的凝水后由熱源出口16流出。物料海水流量為40t/h，進入升膜蒸發器1的物料入口18，并從下而上流經升膜蒸發器1的傳熱管15，流動過程吸收傳熱管15外蒸汽的熱量進行蒸發，蒸發溫度85℃，產生蒸汽流量19t/h，產生的蒸汽與物料海水混合在一起經由物料出口12進入汽液分離器2，在汽液分離器2中，汽水混合物進行分離，蒸汽進入凝汽器3中進行冷凝后成為產品水，并經由成品水泵6排出，未蒸發的海水從汽液分離器2底部進入濃鹽水泵5后排出裝置內部。

在此實施例中，物料是一次蒸發的，沒有循環量，升膜過程由系統自然形成，無需泵供給能量，相比較低溫多效蒸餾，節省電耗20％。表明升膜海水淡化裝置具有顯著的節能效果。

在此實施例中，蒸發系數較傳統熱法海水淡化明顯提升，傳熱管用量減少30％，筒體內部布管緊湊，無多余浪費空間，筒體用材減少20％，綜合計算下來，制造成本節省25％。

以上通過具體的和優選的實施例詳細地描述了本發明，但本領域技術人員應該明白，本發明并不局限于以上所述實施例，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換等，均應包含在本發明的保護范圍之內。